CN105307688B - 用于流体的细菌减少的设备和其使用过程 - Google Patents

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Abstract

公开了用于流体的细菌减少的静态脱挥发设备（1）。设备（1）包括外壳（10）、入口（12）、出口（14）、流体接触表面（20），所述流体接触表面（20）包括实现为降低所述流体（2）的细菌计数的杀菌剂（22），其中，所述流体接触表面（20）是静态混合元件（30）的流体接触表面（20）。本发明还涉及使用设备（1）降低含有细菌的流体（2’）的细菌计数的过程，并且还涉及设备（1）在燃油、食品或水净化的细菌减少中的用途，优选在废水净化、工业处理水或饮用水处理的细菌减少中的用途。

Description

用于流体的细菌减少的设备和其使用过程
技术领域
本发明涉及用于流体的细菌减少的设备。本发明还涉及使用所述设备降低含有细菌的流体的细菌计数的过程，以及所述设备用于燃油、食品或水净化的细菌减少的用途，优选是用于废水净化、工业过程用水或饮用水处理的细菌减少的用途。
背景技术
流体的细菌减少例如出于卫生、保健和饮用水目的以及在医疗和食品行业中受到广泛的商业关注。本申请中的词语“细菌”不被具体限定，而是定义为微生物，特别是致病或腐败微生物。
用于流体的细菌减少的各种类型的设备是已知的，并且通常基于过滤设备。例如，WO 2004/052961 A1公开了各种这类过滤设备，其利用特殊的胍共聚物用作减少细菌的材料。不过，这些共聚物只是以水溶性材料或凝胶材料的形式公开的。要注意的是，水溶性材料或凝胶材料并不是构建装置和其部件的稳定材料。水溶性材料或凝胶材料在暴露于流体时通常不具备长期的稳定性，例如，它们会变形或丢失其活性组分。由于环境、健康和安全性及（其它）管理方面的原因，一般也不期望现有技术的可能有毒性的水溶性杀菌剂材料从该设备和其部件浸出。
在公开的过滤设备中，胍共聚物形式为颗粒、粉末或凝胶，并被封装成过滤柱，待处理流体然后被传输通过过滤柱。替代性地，公开了胍共聚物可以涂布在纸、纤维素或织物材料上，然后用作设备中的过滤元件。过滤装置存在这样的缺点，即它们的使用会伴随很大的压降。这些压降源于其有限的空隙率和高的比表面积，这两者都用来实现流体和固相之间的高的面间接触。
尽管基于胍的聚合物对细菌减少是有效的，但像大多数细菌减少材料一样，它们还不是商品材料，因此它们仍然是相对昂贵的专用聚合物，只能从专用聚合物生产商以有限的生产量获得。于是，这种细菌减少材料（杀菌剂）的相对高的成本导致了这种已知的用于细菌减少的过滤设备的缺点。这种过滤装置通常需要使用相对大量的昂贵的细菌减少材料。这是因为过滤柱通常只具有相对小的空隙率用于待处理流体与杀菌剂接触，因此对于特定的比表面积而言，它们需要较长的柱和较低的流速，以便产生足够的停留时间，从而是有效的。而且，由于对压降的考虑，对可用的比表面积的限制增加。
此外，在利用形式为颗粒、粉末或凝胶的杀菌剂的柱的过滤设备情况下，如WO2004/052961中那样，非常大的一部分杀菌剂被“浪费”，因为只有颗粒、粉末或凝胶的外表面接触流体并因而是有效的。由于缺少与流体接触，颗粒、粉末或凝胶内部的大量的杀菌剂因此是不起作用的。
总的来说，期望有更高效利用昂贵的专用杀菌剂材料的用于流体细菌减少的设备。这种设备允许对于给定量的杀菌剂有更高效的细菌减少。还期望所述设备在暴露给流体时（例如，由于杀菌剂的浸出）不会遭遇高压降或缺少长期稳定性的缺点。而且，如果还相对于现有技术的过滤设备的细菌减少水平，能进一步提高细菌减少，那么这将是更可取的。
发明内容
从现有技术水平开始，本发明的目的是提供一种用于流体的细菌减少的设备，其不会遭受前面提到的缺陷，尤其是不太高效地使用杀菌剂材料以及不太高效的细菌减少。本发明的另外的目的包括提供一种使用所述设备来降低含有细菌的流体的细菌计数的过程，以及提供一种所述设备用于燃油、食品或水净化的细菌减少的用途，优选是用于废水净化、工业过程用水或饮用水处理的细菌减少的用途。
根据本发明，这些目的是通过用于流体的细菌减少的设备实现的，所述设备包括外壳、入口、出口、流体接触表面，所述流体接触表面包括实现为减少所述流体的细菌计数的杀菌剂，其特征在于：所述流体接触表面是静态混合元件的流体接触表面。
根据本发明，这些另外的目的首先通过使用本发明的设备来减少含有细菌的流体的细菌计数的过程实现，所述过程包括步骤：
将含有细菌的流体通过所述入口供给到所述设备，
在包括杀菌剂的流体接触表面上处理所述含有细菌的流体，以便形成具有减少的细菌计数的流体，
通过所述出口从所述设备去除具有减少的细菌计数的流体。
所述设备和所述过程根据本发明用于燃油、食品或水净化的细菌减少，优选用于废水净化、工业过程用水或饮用水处理的细菌减少中。在本申请中，“燃油”指能够用作燃料的所有油，诸如柴油、汽油或原油。如将讨论的，这些流体和过程特别受益于本发明。
本发明能实现这些目的并提供解决此问题的解决方案在于：包括有实现为减少流体的细菌计数的杀菌剂的流体接触表面是静态混合元件的流体接触表面。结果，对于静态混合器元件的情况，相对于诸如颗粒填料床的过滤器，压力损失和所使用的杀菌剂材料的量要少得多。当只有静态混合器元件的表面涂布杀菌剂材料时，所需的杀菌剂材料的这种降低是特别明显的。如通过本发明的示例及它们与现有技术的过滤设备的比较示出的那样，对于本发明的设备，细菌计数的有益降低更大。此外，本发明的设备在抵抗杀菌剂对于流体相通过浸出静态混合器元件导致的损失方面展示出了良好的稳定性。此结果是相当惊人的，证明了本发明的设备和过程不只是更加高效地利用昂贵的专用杀菌剂材料，并因而允许对于给定量的杀菌剂有更高效的细菌减少，而且细菌减少相对现有技术的过滤设备还能得以改进。
本领域技术人员会理解“流体接触表面”表示包括或包含杀菌剂并且能够与流体相互作用的表面区域。因此，此表面区域具有与其关联的深度，由于诸如膨胀或多孔性以及杀菌剂分子的大小之类的因素，它会根据流体和表面的相互作用的特定性质稍微变化。在一些实施例中，表面区域的深度取决于用来表征表面的组分的特定的光谱方法，诸如X-射线光电子光谱学（XPS）或俄歇电子光谱学（AES）。在一个实施例中，流体接触表面的深度由常规的XPS测量结果来表征。在涉及含有杀菌剂涂层的实施例中，表面区域的深度取决于涂层厚度和所使用的涂布方法。在另一实施例中，流体接触表面的深度从1微米到1000微米。
在设备或过程的一个实施例中，流体接触表面不向流体大量地释放杀菌剂。在本申请中，“不大量释放”定义为表示任何释放都是很缓慢的，很小的，以致于在由设备处理的流体中不存在可觉察浓度的杀菌剂。例如，被处理流体中的杀菌剂的浓度优选小于50ppm，更优选小于15ppm，甚至更优选小于1ppm，最优选为通过常规的光谱学或色谱学方法确定为检测不到。在一个实施例中，使用气相色谱-质谱法（GC-MS），如在1993年第4期24卷Critical Reviews in Analytical Chemistry中发表的由C. J. Koester和R. E.Clement所著的“Analysis of Drinking Water for Trace Organics”中公开的那样。优选地，被处理流体中杀菌剂的浓度在静态条件下测量24小时。此实施例具有的优点在于，设备在其使用期限上“永久地”起作用。因此，不必要更换或翻新流体接触表面，这降低了维修服务成本和停机时间。本领域技术人员会理解，不同应用（诸如废水相对于饮用水）会对杀菌剂释放到流体的可容许量有着不同要求。
根据设备和过程的另一实施例，流体接触表面包括胍或其衍生物。胍具有通常结构。胍和其衍生物相对其它杀菌剂有几个优点。例如，相对其它杀菌剂，诸如纳米银，它们是容易获得的，并且也具有较低成本。此外，胍和其衍生物具有非常好的高温稳定性。结果是，它们非常适于用在通常在高温下执行的用于降低含有细菌的流体的细菌计数的过程中。这些过程可以从杀菌剂和高温的协同效应中获益。
根据设备和过程的又一实施例，流体接触表面包括含有杀菌剂的聚合物。此实施例有几个优点。在聚合物组分中结合杀菌剂最小化了在设备的使用期限期间杀菌剂的浸出，因此提供杀菌剂活性的永久性。而且，聚合物容易通过挤压或模塑来热处理，并形成诸如那些静态混合元件的的形状那样的形状。替代性地，聚合物可以容易地用作由诸如金属的其它材料制成的静态混合元件的涂层。这种聚合物涂层可以通过热或溶液方法来施加。
在又一更具体的实施例中，含有杀菌剂的聚合物是共聚物，或优选是聚合物化合物。与杀菌剂共聚物相比，聚合物化合物具有的优点在于更简单、更便宜和生产更加多样，而杀菌剂共聚物通常需要有不容易商业获得工业量的昂贵的单聚物。而且，与化合设施相比，聚合过程和设备更加复杂，要求更大的投资，并具有更多的EHS关注。
根据设备和过程的又一实施例，静态混合元件只在包围所述流体接触表面的表面区域中含有杀菌剂。只向表面区域提供杀菌剂有利地降低了所需的杀菌剂的量。此外，位于大块区域的表面区域下面的杀菌剂不会接触流体，因此对细菌减少是无效的。在本申请中，表面区域的深度定义为在静态混合元件的最细点处测量的其总厚度的80%或更少。此实施例通常通过使用涂布技术来实现，这一般伴随相对低成本的过程和有限量的原始材料消耗。而且，人们可以有利地涂布常规的静态混合器元件，诸如由金属或塑料制成的静态混合器元件。本领域技术人员会理解，例如非常薄的金属支撑物可以用来提供含有杀菌剂的涂层的机械稳定性。在这种实施例中，涂层相对于薄的金属支撑物会相对厚。在其它实施例中，静态混合器元件可以通过共挤压方法来形成，以在下面的支撑层上得到含有杀菌剂的表面层。
本发明的过程有许多优点，在于：它适用于各种各样的流体。而且，因此它可以以相对低成本和环境友好的方式代替中和杀菌过程。此外，当待处理流体是食品或饮品时，使用本发明的过程的营养损失会比用生硬的常规光化学、热或化学杀菌过程要小。更重要的是，可以限制或避免原材料成本和潜在的健康风险以及与使用防腐剂相关的消费者关心的问题。
根据过程的一个实施例，设备中的停留时间小于600秒，优选小于180秒，更优选小于60秒，甚至更优选小于10秒，还要更优选是小于5秒，最优选小于1秒。本领域技术人员会理解的是，不同应用和/或不同流体可能需要使用不同的停留时间，以达到有效的细菌减少。停留时间有效地是流体的一部分保持在设备中的平均时间长度。在本申请中，停留时间定义为流体在设备的外壳中的量除以流体流出出口的流量。如果有多个出口，则可以使用流出量的和来确定停留时间。本发明的设备由于其高效使用杀菌剂，所以具有实现相对短的停留及因此的处理时间的优点。降低流体的处理时间有利地降低了投资和运营成本以及设备大小和“占地面积”。
根据过程的另一实施例，流体在所述设备中的温度在0℃和200℃之间，优选在10℃到100℃之间，更优选在10℃到60℃之间，最优选在20℃到30℃之间。在本申请中，流体在所述设备中的温度定义为在入口处测量的流体的温度。在本发明中对杀菌剂的高效使用允许在相对低的温度下发生高的细菌减少。这又有利地降低了用于加热装置的投资和运营成本。
根据过程的又一实施例，所述流体的细菌含量在所述过程中降低log0.5到log7，优选降低log2到log6，最优选降低log3到log5。在本发明中对杀菌剂的高效使用使得在过程中的高的细菌减少是可能的。在本申请中，对于饮用水或废水的微生物分析，细菌含量定义为根据应用ISO方法测量的细菌含量，所述ISO方法诸如ISO，9308-1，7899-1，16266，19250，6222，38411和38412。
在过程的又一实施例中，所述过程中流体的压力小于或等于100巴，优选小于或等于32巴，更优选小于或等于16巴，甚至更优选小于或等于10巴，最优选小于或等于6巴。这些压力最适合设备的容易构造和/或其典型应用，例如在饮用水处理方面。在本申请中，流体压力定义为在设备的出口出测量的压力。
在过程的再一实施例中，所述设备的活性表面面积与体积的比率大于50m2/m3，优选大于150m2/m3，更优选大于300m2/m3，最优选大于600m2/m3。这样的最小比率允许设备的有利的高效率和紧凑尺寸，并且因为根据本发明静态混合器元件的相对开放的结构和高空隙率，这些益处是可实现的，没有大的压力损失。在本申请中，活性表面面积与体积的比率定义为静态混合器元件在包围该静态混合器元件的设备的工作体积内的所有可用外表面。
在过程的再一实施例中，流体的粘度小于1000帕·秒，优选小于10帕·秒，更优选小于0.1帕·秒。这样的粘度有助于最小化不期望的压力损失，并且促进静态混合元件的流体接触表面和待处理流体之间的接触。在本申请中，粘度定义为根据合适的ISO方法测量的粘度，诸如用于透明和不透明液体的粘度测量的ISO 3104:1994。关于粘度测量的更多信息在2005年加拿大的Chem Tec Publishing出版的A. Y. Malkin和A. I. Isayev所著的“Rheology: Concepts, Methods, and Applications”（ISBN-13: 978-1895198331）中公开。
在过程的再一实施例中，流体的压力损耗小于1巴，优选小于0.3巴，最优选小于0.1巴。通过最小化各种能量、泵送、机械强度和安全性要求来最小化压力损失有利地降低设备的复杂性和成本。在本申请中，压力损失定义为在大气环境条件下使用水在水平取向上测量的出口和入口之间的静态差。适当的压力测量方法包括在1997年印度的AlliedPublishers出版的V. R. Radhakrishnan所著的“Instrumentation and Control for theChemical，Mineral and Metallurgical Processes”（ISBN：81-7023-723-8）中公开的那些方法。
设备用途和过程的一个实施例用于燃油、食品或水净化的细菌减少，优选废水净化、工业过程用水或饮用水处理的细菌减少。本发明已经被证明对于这样的流体的细菌减少是特别有用的。
本领域技术人员会理解的是，各个权利要求的主题和本发明的实施例的组合是可能的，而不会有任何限制，只要这些组合是技术可行的。在这种组合中，任何一个权利要求的主题可以与一个或多个其它权利要求的主题进行组合。在主题的这种组合中，任何一个过程权利要求的主题可以与一个或多个其它过程权利要求的主题或一个或多个设备权利要求的主题或一个或多个过程权利要求和设备权利要求的混合的主题进行组合。照此类推，任何一个设备权利要求的主题可以与一个或多个其它设备权利要求的主题或一个或多个方法权利要求的主题或一个或多个方法权利要求和设备权利要求的混合的主题进行组合。
本领域技术人员会理解本发明的各个实施例的主题的组合是可行的，而在本发明中没有任何限制。例如，上述的设备实施例之一的主题可以与一个或多个其它上述的过程实施例的主题组合，或者反之亦然，而不会有任何限制。
附图说明
在下文参照本发明的各个实施例以及附图更加详细地解释本发明。示意图显示了：
图1示出了根据本发明的用于流体的细菌减少的设备的实施例的示意图。
图2示出了形式为多管设备的本发明的设备的实施例的示意图。
图3示出了图2的设备的更加具体的实施例的示意图，其中，静态混合元件是螺旋形静态混合元件。
图4示出了图2的设备的另一更加具体的实施例的示意图，其中，静态混合元件是交叉网状静态混合元件。
图5示出了形式为充满填料元件的柱的本发明设备的替代性实施例。
图6示出了适合用在本发明中的聚合胍的通式（A）的实施例。
图7示出了在停留时间为5秒的过程中本发明的设备的实施例获得的细菌计数的减少的示例性数据。
图8示出了在停留时间为10秒的过程中本发明的设备的其它实施例获得的细菌计数的减少的示例性数据。
图9示出了涂布有基于含氟聚合物的杀菌剂化合物的静态混合元件的实施例的有利的稳定性相对杀菌剂徙动出该实施例的情况。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的用于流体2的细菌减少的设备的实施例的示意图，其整体用附图标记1标记。关于形式、形状、构造或组分，设备1不被特别地限定，除非具有相反的明确指示。设备1包括：
外壳10，
入口12，
出口14，
流体接触表面20，其包括实现为降低流体2的细菌计数的杀菌剂22，
其中，流体接触表面20是静态混合元件30的流体接触表面20。
待处理流体2不被特别地限定，可以是液体或气体，优选是液相。示例性流体2包括空气、水、水溶液、燃油、液体食品和饮料。
静态混合元件30和静态混合器以及它们的构造和操作是本领域已知的，例如在2004年由John Wiley and Sons出版的由E. L. Paul，V. A. Atiemo-Obeng，S. A. Kresta编著的“Handbook of Industrial Mixing: Science and Practice”（ISBN 0-471-26919-0）中公开的那样。除非明确指示为相反，否则常规的构造材料和手段以及组件和辅助设备可以用于设备1，并且设备1可以以常规方式使用常规过程参数在静态混合过程中操作，所述常规过程参数诸如本领域已知的操作温度、操作压力和停留时间。例如，这些被引用的参考教科书公开了用于静态混合器中的静态混合元件30以及用于其它设备的各种常规预加热器、分配器、歧管、内部构件、泵和阀门。
静态混合元件30不被特别地限定，它通常是挡板，形状典型地为螺旋状，包含于典型的圆筒形（管）或方形外壳10中。适当的静态混合器元件30实现了这样的功能，即：提供了流体接触表面20以实现杀菌剂22和待处理流体之间的接触。为了实现此功能，静态混合器元件30具有大于50%的空隙率，优选大于65%，更优选大于70%。本申请中的空隙率定义为可用于流体的自由体积与设备的包围静态混合器元件的工作体积的比率。
在一个实施例中，这些元件是螺旋状的，或者伪螺旋状的，并且以交替的左、右手180度扭转的序列来设置。这些元件将流体分开，进入到两个支流中，然后使它们旋转180度。在另一实施例中，静态混合器元件包括交叉波纹板和通道，其与活塞流前进相组合的情况下促进了快速混合。
适当的静态混合器设计类型包括波纹板、安装于壁上的叶片、横杆和螺旋扭转类型。用于本发明的特定的合适的静态混合器包括Sulzer Chemtech SMXTM和SMXTM Plus，SMVTM静态混合器。
适当的静态混合元件30包括在GB1373142(A)、US3918688(A)和GB2061746(A)中公开的那些元件。在一个实施例中，静态混合元件30包括相互接触的多个层，每一层界定了用于流体的流动通道，它们的轴线基本上平行于对应的层，每一层的至少两个流动通道的纵向轴线平行，并向相邻的一层或多层的流动通道中的至少一些流动通道的纵向轴线倾斜。每一层的流动通道中的至少一些流动通道被布置成与相邻层的流动通道连通。
在另一实施例中，静态混合器元件30包括形式为交叉网的一个混合器元件，交叉网与管轴线成角度地设置，交叉网设置成至少两组，任何一组元件的网基本上相互平行地延伸，并且一组元件网与其他组元件的网交叉，其中，最大网宽（b）是从管径（d）的0.1倍到0.167倍，每一组中的标准网间距离（m）是从管径（d）的0.2倍到0.4倍，混合器元件的长度（l）是从管径（d）0.75倍到1.5倍。
一般地，多个静态混合元件30串联地位于外壳10中。对于特定应用而言，混合元件30的必需数目取决于所需的均匀性以及流体2与包括杀菌剂22的流体接触表面20之间的接触。本领域技术人员会理解的是，诸如流体2的提高的细菌含量、所需的更大细菌减少或流体接触表面20中降低的杀菌剂22含量之类的因素，可能需要使用大量的静态混合元件30。在其它实施例中的静态混合元件30还可以为随机或规整填料元件的形式。适当的随机填料包括鲍尔环、纳特环（Nutter rings）和通常由薄金属片制成且通常用在质量传递应用中的其它结构。适当的规整填料包括商品名称为Sulzer MellapakTM或MellapakPlusTM的规整填料，并且这样的规整填料通常由波纹金属片或丝网或纱布制成，通常用在质量传递应用中。
图2示出了设备1的一个实施例，包括外壳10、入口12、出口14和包含于一系列平行管中的静态混合元件30，构造上类似于多管热交换器。图3和图4示出了特定的实施例，其中，静态混合器元件30形式为螺旋状静态混合元件（图3）或形式为交叉网（图4）。
图5示出了设备1的另一实施例，包括外壳10、入口12、出口14和静态混合元件30，构造上类似于填满填料元件的柱。在图5所示的特定实施例中，填料元件是规整填料元件。在其它实施例中，填料元件可以是随机填料元件。
设备1的适当构造材料和其组件（诸如静态混合元件30）可以包括塑料，优选是热塑性塑料，诸如PE、PP、PA、PU或PVDF；或者可以包括金属，诸如铝、钢或铜；或者可以包括陶瓷。
用于本发明的杀菌剂22不被特别地限定。在本申请中，杀菌剂定义为这样的化学物质，其可以阻止任何有害有机体、使任何有害有机体变成无害，或者对任何有害有机体施加控制影响。工业杀菌剂是本领域已知的，例如，在D. R. Karsa和D. Ashworth编著的由Royal Society of Chemistry于2002年出版的“Industrial Biocides: Selection AndApplication”（ISBN 0-85404-805-7）中公开的那样。适当的杀菌剂22包括聚合胍，季铵化合物，苯酚，甲酚，乙醇，乙醛，戊二醛，乙撑氧，有机酸，金属盐/离子，异噻唑啉酮，过氧化物，氯化合物，卤素，阴离子、两性物质（Amphotheric-）和阳离子试剂，碘伏（lodophor）、二溴衍生物、戊烷脒、普罗帕脒，和/或上述的子组，和/或上述和/或其子组的两种或多种的混合物。其他杀菌剂以及它们的两种或多种的混合物和/或包含它们的一种或多种的混合物也可以是合适的。
在一些被选择的实施例中，杀菌剂22形式为含有杀菌剂的聚合物，诸如包括聚合胍的表面活性材料（SAM）。图6示出了适当的聚合胍的通式，其中R1和R2=相互独立的H,[-C(=NH)-NHR3]，或脂肪族、脂环族、羰酸或芳基有机基或包括这种有机基的芳基，R3=H或脂肪族、脂环族、羰酸或芳基有机基，或包括这种有机基的芳基；I- = 阴离子并且n≥2。适当的聚合胍包括在VSP Publications Leiden 2006，在Polymer Science的New Concepts（ISBN-13: 978-9067644471）发表的由N. A. Sivov所著的“Biocide guanidinecontaining polymers，Synthesis，structure and properties”中公开的那些。
用在本发明中的适当的含有杀菌剂的共聚物包括带聚合胍作为共聚用单体的聚亚安酯和/或聚碳酰二胺（在EP 2338342A1和/或EP2338923A1中公开）和/或季胺化聚亚安酯。
在一些更加具体的被选择实施例中，杀菌剂22包含于聚合物化合物中。适合制作这种杀菌剂化合物的聚合物不被具体地限定。在优选实施例中，聚合物包括聚氨酯、聚乙烯、聚丙烯、聚酰胺、聚氟乙烯、聚酯、聚醚、聚四氟乙烯、硅酮、聚氯乙烯和聚碳酰二胺。其他适合的聚合物包括聚乙二醇对苯二甲酸酯、聚对苯二甲酸丁二酯、聚苯乙烯、聚苯硫醚、聚丙烯腈、聚酰亚胺、硅烷、环氧化物、橡胶、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯、硬塑料、氨基塑料、三聚氰胺、芳香族聚酰胺（Aramide）、聚酰胺酰亚胺、聚丙烯腈、聚甲基丙烯腈、聚丙烯酰胺、聚酰亚胺、聚亚苯基、聚硅烷、聚硅醚、聚苯并咪唑、聚苯并噻唑、聚噁唑、多硫化物、聚芳撑乙烯（polyarylene vinylene）、聚醚酮、聚醚醚酮、聚砜、无机-有机混合聚合物、全芳香族共聚酯、聚（烷基）丙烯酸脂、聚（烷基）甲基丙烯酸酯、聚羟乙基甲基丙烯酸酯(polyhydroxyethylmethacrylate)、聚醋酸乙烯酯、聚乙烯基丁醛、聚异戊二烯、合成橡胶、改进和未改进纤维质、α烯烃的同质和共聚物、聚乙烯醇、聚烷撑氧、聚环氧乙烷、聚乙烯酰亚胺、聚-N-乙烯吡咯烷酮；以及上述的两个或多个的混合物。其它聚合物和/或塑料以及它们中的两个或多个的混合物和/或含有它们中的一个或多个的混合物也可以是合适的。
适于化合到聚合物中的杀菌剂22包括在上文公开的那些杀菌剂。用在本发明中的适合的聚合物化合物包括在EP2338923A1和EP2338342A1中公开的那些。用于化合的适合的聚合物包括上文公开的聚合物。优选的聚合物化合物包括PE和/或PP和/或PA和/或PVDF和/或PU和/或带聚合胍的聚碳酰二胺和/或季铵化合物和/或金属盐/离子和/或异噻唑啉酮和/或乙醛和/或苯酚。更优选的聚合物化合物包括PE和/或PP和/或PA和/或PVDF和/或PU和/或带聚合胍的聚碳酰二胺，最优选的聚合物化合物是带聚合胍的PA和/或PU。
在诸如图1中示意性示出的某些实施例中，静态混合元件30只在包围流体接触表面20的表面区域21中包含杀菌剂22。预制这种静态混合元件30可以通过各种常规的热或溶液处理方法进行，诸如层压、挤压、浸涂、喷涂或气相淀积。适合的涂布过程例如在2003年由Vincentz Network出版的A. Goldschmidt和H. J. Streitberger所著的“BASF Handbookon Basics Of Coating Technology”（ISBN 3-87870-798-3）中公开。
在涂层情况下，静态混合器元件30通常包括在表面区域21下面的底层涂料层，以便提高被涂布的静态混合器元件30’上的涂层的结合强度和持久性。用在本发明中的适合的用于金属（诸如钢或铝）的底层涂料包括磷酸锌、磷酸铁、醇酸树脂、2K环氧磷酸锌、硅烷和2K环氧树脂。用于本发明的适合的涂层包括2K或1K溶液，诸如氯化橡胶、橡胶、硝化纤维、聚酯、酚醛树脂、尿素和三聚氰胺甲醛树脂、环氧树脂、环氧硅烷、丙烯酸树脂和含氟聚合物。优选涂层包括氯化橡胶、环氧树脂、含氟聚合物和环氧硅烷和橡胶。涂布剂的具体实施例包括含氟聚合物。
对于涂层情况，表面区域21的典型厚度从10微米到150微米。本领域技术人员会理解的是，如果在应用中有应力或需要更长的使用期限，则更厚的表面区域21是更好的。本领域技术人员会理解的是，不同的涂布方法通常导致不同厚度。
设备1的辅助设备是常规的，也是本领域已知的，可以包括电源、冷却剂和加热流体供应和分配、液面控制器或电平控制器、泵、阀门、管道和线路、储藏室、鼓、箱以及用于测量诸如流量、温度和液面这样的参数的传感器。本发明的设备1和过程可以通过配置有适合传感器的计算机接口来方便地进行控制。
尽管出于简洁目的在示意图中没有示出，但本领域技术人员会理解的是，可以使用其它常规的设备内部构件而不会在本发明中具有任何限制，诸如供给装置（像供给管和/或槽）、热交换器、支撑板和格栅、分配器、分配/支撑板、连续相分配器、支撑和固定板、挡板、偏转器、夹带物分离器以及保持器/再分配器。
本发明的另一方面是使用本发明的设备1用于降低含有细菌的流体2’的细菌计数的过程。这种过程在图1中示意性示出。含有细菌的流体2’通过入口12被供给到设备1，然后含有细菌的流体2’在包括杀菌剂22的流体接触表面上被处理，以便形成具有降低的细菌计数的流体2’’。具有降低的细菌计数的流体2’’然后通过出口14从设备1去除。流体2’、2’’通过设备1的流动通过使用图1的箭头示意性示出。
用于流体中细菌减少的过程是本领域已知的，例如，如在之前引用的参考书中以及在由Lippincott Williams and Wilkins作为2001年第5版出版的由S. S. Block编著的“Disinfection, Sterilization, and Preservation”（ISBN 0-683-30740-1）中公开的那样。除非另外指示，这种常规类型的细菌减少过程的各流体供给流和操作参数及条件通常可以在本文的根据本发明的细菌减少过程中使用，并且可以利用设备1。此外，在特定的实施例中，本发明的设备可以单独地使用，或与本领域已知的细菌减少设备一起使用。在一个实施例中，本发明的设备可以与紫外细菌减少装置（诸如HF激励的气体放电灯）一起使用。
示例
给出以下示例，以给本领域技术人员提供对下述方面的详细描述，所述方面即：用于流体2的细菌减少的设备1如何处理以降低含有细菌的流体2’的细菌计数；并且，本文中要求保护的用途被评估，但它们并不旨在限制发明人认为是其发明的范围。
在这些示例中，本发明的设备1和过程被成功用在含有大肠杆菌的水样本的细菌计数减少的典型应用中，其中，该水样本具有的细菌计数大大超过通常在本发明的设备的预见应用领域中见到的细菌计数，即在大约7×107到7×108细胞/毫升之间。
在工作示例中，Sulzer SMVTM DN 15静态混合元件30涂布有形式为前述聚合物化合物的含有杀菌剂的聚合物：聚酰胺（PA）、聚乙烯（PE）、含氟聚合物、或者与作为杀菌剂22的胍或其衍生物化合的聚氨酯（PU）。涂布是在浸渍涂布过程中进行的，其中，静态混合元件30被首先放置在涂布浴池中10秒。在其从浴池中拿出来之后，溶剂蒸发，通过在室温下处理静态混合元件30达2小时、接着在65℃下处理2小时以及然后在室温下处理8小时、之后在65℃下处理1小时，涂层变硬。得到的静态混合元件30因此具有包含杀菌剂22的流体接触表面20。设备1然后使用形式为硅管的外壳10构造，硅管包含总共5个涂布杀菌剂的静态混合元件30。
作为比较示例，通过在硅管外壳中构造含有杀菌剂颗粒的填料床，直径为3mm或5mm并且包括相同的含有杀菌剂的聚合物的颗粒被测试。构造填料床，以便具有与上述工作示例的设备1相似的含有杀菌剂的活性表面区域。
在静态和动态条件下，进行本发明工作性示例的设备1的细菌计数减少性质相对现有的填料床的比较测试。“空白处”控制示例使用未涂布含有杀菌剂的聚合物的静态混合元件构造的设备进行。在工作和比较示例中，关于细菌计数，基于通常使用的ISO细菌计数方法使用细胞增殖实验来分析被处理流体。
图7示出了本发明的设备1的实施例（被涂布静态混合元件）相对控制设备（未涂布静态混合元件）的动态测试中细菌计数减少的代表性结果。在只有5秒的停留时间之后，细菌计数的降低在涂布有含杀菌剂聚合物的被涂布静态混合元件30情况下为至少5×105的量级，检测不到任何活性细菌。在具有未涂布静态混合器的空白处控制设备情况下，没有检测到任何细菌计数减少。
图8示出了本发明的设备1的实施例（被涂布静态混合元件）相对控制设备（未涂布静态混合元件）的动态测试中细菌计数减少的代表性结果。被涂布的静态混合元件30涂布了基于PE或者PA的聚合化合物并包含工作示例中的杀菌剂，在这些动态测试中使用10秒停留时间。如在之前的示例的情况下那样，在工作示例的情形中，在10秒之后基本上未检测到细菌计数，而在使用了未涂布静态混合元件的控制测试中细菌计数基本上是不改变的。
在基于颗粒床的比较示例中，不仅压力损失明显高于上文中基于本发明的设备1的实施例的工作示例中的压力损失，而且细菌减少在颗粒填料床的情况下比在有相似活性的含有杀菌剂的表面区域的工作示例的情况下更差。
图9示出了，基于涂布了杀菌剂的含氟聚合物化合物的铝，抵抗杀菌剂徙动出模型静态混合元件30的稳定性的长期测试。在静态条件下，在水中以37℃经过95天，通过光谱学分析，在涂布了含氟聚合物化合物的静态混合元件30或未涂布的空白控制样本的情况下，在周围水中没有检测到任何杀菌剂。
尽管出于例示目的已经陈述了各个实施例，但前述描述不应当视为对本文范围的限制。因此，在不偏离本文中的精神和范围的情况下，各种修改、变化和替代方式对本领域技术人员是容易想到的。

Claims (37)

1.一种用于流体（2）的细菌减少的设备（1），包括：
外壳（10），
入口（12），
出口（14），
流体接触表面（20），所述流体接触表面（20）包括实现为降低所述流体（2）的细菌计数的杀菌剂（22），
其特征在于：所述流体接触表面（20）是静态混合元件（30）的流体接触表面（20）；
其中，所述静态混合元件（30）：
1）在形状上是螺旋状或者伪螺旋状的，并且以交替的左、右手180度扭转的序列来设置；
2）包括交叉波纹板和通道；
3）形式为相对于管轴线成角度设置的交叉网，所述交叉网设置成至少两组，任何一组元件的网基本上相互平行地延伸，并且一组元件的网与其他组元件的网交叉，其中，最大网宽是从管径的0.1倍到0.167倍，每一组中的标准网间距离是从管径的0.2倍到0.4倍，混合器元件的长度是从管径的0.75倍到1.5倍；
4）形式为规整填料元件或者随机填料元件；或者
5）是包括波纹板、安装于壁上的叶片、横杆和螺旋扭转设计类型的静态混合器的一部分。
2.根据权利要求1所述的设备（1），其中，所述流体接触表面（20）不会向所述流体（2）大量地释放所述杀菌剂（22）。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的设备（1），其中，所述流体接触表面（20）包括胍或其衍生物。
4.根据权利要求1所述的设备（1），其中，所述流体接触表面（20）包括含有杀菌剂的聚合物。
5.根据权利要求4所述的设备（1），其中，所述含有杀菌剂的聚合物是共聚物或聚合物化合物。
6.根据权利要求1所述的设备（1），其中，所述静态混合元件（30）只在包围所述流体接触表面（20）的表面区域（21）中含有杀菌剂（22）。
7.一种使用权利要求1到权利要求6中任一项所述的设备（1）来降低含有细菌的流体（2’）的细菌计数的方法，包括步骤：
将含有细菌的流体（2’）通过所述入口（12）供给到所述设备（1），
在包括杀菌剂（22）的流体接触表面上处理所述含有细菌的流体（2’），以便形成具有降低的细菌计数的流体（2’’），
通过所述出口（14）从所述设备（1）去除具有降低的细菌计数的流体（2’’）。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，在所述设备（1）中的停留时间小于600秒。
9.根据权利要求7所述的方法，其中，在所述设备（1）中的停留时间小于180秒。
10.根据权利要求7所述的方法，其中，在所述设备（1）中的停留时间小于60秒。
11.根据权利要求7所述的方法，其中，在所述设备（1）中的停留时间小于10秒。
12.根据权利要求7所述的方法，其中，在所述设备（1）中的停留时间小于5秒。
13.根据权利要求7所述的方法，其中，在所述设备（1）中的停留时间小于1秒。
14.根据权利要求7或权利要求8所述的方法，其中，所述流体（2’）在所述设备（1）中的温度在0℃和200℃之间。
15.根据权利要求7或权利要求8所述的方法，其中，所述流体（2’）在所述设备（1）中的温度在10℃到100℃之间。
16.根据权利要求7或权利要求8所述的方法，其中，所述流体（2’）在所述设备（1）中的温度在10℃到60℃之间。
17.根据权利要求7或权利要求8所述的方法，其中，所述流体（2’）在所述设备（1）中的温度在20℃到30℃之间。
18.根据权利要求7所述的方法，其中，所述流体（2’）的细菌含量在所述方法中降低log0.5到log7。
19.根据权利要求7所述的方法，其中，所述流体（2’）的细菌含量在所述方法中降低log2到log6。
20.根据权利要求7所述的方法，其中，所述流体（2’）的细菌含量在所述方法中降低log3到log5。
21.根据权利要求7所述的方法，其中，在所述方法中，所述流体（2’’）的压力小于或等于100巴。
22.根据权利要求7所述的方法，其中，在所述方法中，所述流体（2’’）的压力小于或等于20巴。
23.根据权利要求7所述的方法，其中，在所述方法中，所述流体（2’’）的压力小于或等于16巴。
24.根据权利要求7所述的方法，其中，在所述方法中，所述流体（2’’）的压力小于或等于10巴。
25.根据权利要求7所述的方法，其中，在所述方法中，所述流体（2’’）的压力小于或等于6巴。
26.根据权利要求7所述的方法，其中，所述设备（1）的活性表面与体积的比率大于50m2/m3。
27.根据权利要求7所述的方法，其中，所述设备（1）的活性表面与体积的比率大于150m2/m3。
28.根据权利要求7所述的方法，其中，所述设备（1）的活性表面与体积的比率大于300m2/m3。
29.根据权利要求7所述的方法，其中，所述设备（1）的活性表面与体积的比率大于600m2/m3。
30.根据权利要求7所述的方法，其中，在所述方法中，所述流体（2’’）的粘度小于1000帕·秒。
31.根据权利要求7所述的方法，其中，在所述方法中，所述流体（2’’）的粘度小于10帕·秒。
32.根据权利要求7所述的方法，其中，在所述方法中，所述流体（2’’）的粘度小于0.1帕·秒。
33.根据权利要求7所述的方法，其中，所述流体（2’’）的压力损失小于1巴。
34.根据权利要求7所述的方法，其中，所述流体（2’’）的压力损失小于0.3巴。
35.根据权利要求7所述的方法，其中，所述流体（2’’）的压力损失小于0.1巴。
36.权利要求1到权利要求6中任一项所述的设备（1）在燃油、食品或水净化的细菌减少中的用途。
37.权利要求1到权利要求6中任一项所述的设备（1）在废水净化、工业过程用水或饮用水处理的细菌减少中的用途。
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